(57)【要約】【解決手段】３Ｄ印刷システムは、３Ｄオブジェクトを印刷するように動作可能な３Ｄ印刷装置と、赤外線カメラによって取り込まれた画像を分析して、印刷されるオブジェクトの状態を検出するように動作可能な処理ユニットと、３Ｄ印刷プロセスの間に３Ｄ印刷オブジェクトが付着される基板と、３Ｄオブジェクトが基板に付着されていない場合に赤外光の全内部反射を基板に生じさせるように、基板を照明するように構成された赤外線光源とを備え、赤外線カメラは、３Ｄオブジェクトが印刷される面とは反対の基板の表面を観察して３Ｄオブジェクトが基板に正しく付着された場合に３Ｄオブジェクトの画像を取り込むことができるように構成されており、処理ユニットは、３Ｄオブジェクトが基板に正しく付着されているかどうかを検出するために、取り込まれた画像を分析するように動作可能である。【選択図】図２
2019509917.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３Ｄ印刷システムであって、
３Ｄオブジェクトを印刷するように動作可能な３Ｄ印刷装置と、
赤外線カメラによって取り込まれた画像を分析して、印刷されるオブジェクトの状態を検出するように動作可能な処理ユニットと、
３Ｄ印刷プロセスの間に３Ｄ印刷オブジェクトが付着される基板と、
前記３Ｄオブジェクトが前記基板に付着されていない場合に赤外光の全内部反射を前記基板に生じさせるように、前記基板を照明するように構成された赤外線光源とを備え、
前記赤外線カメラは、前記３Ｄオブジェクトが印刷される面とは反対の前記基板の表面を観察して前記３Ｄオブジェクトが前記基板に正しく付着された場合に前記３Ｄオブジェクトの画像を取り込むことができるように構成されており、
前記処理ユニットは、前記３Ｄオブジェクトが前記基板に正しく付着されているかどうかを検出するために、前記取り込まれた画像を分析するように動作可能である、３Ｄ印刷システム。
【請求項２】
前記３Ｄ印刷装置によって印刷される前記３Ｄオブジェクトの画像を取り込むように動作可能な赤外線カメラアレイを含む、請求項１に記載の３Ｄ印刷システム。
【請求項３】
前記処理ユニットは、前記赤外線カメラアレイによって取り込まれた前記３Ｄオブジェクトの画像の分析を利用して、前記３Ｄ印刷プロセスにおけるエラーを識別するように構成される、請求項２に記載の３Ｄ印刷システム。
【請求項４】
前記処理ユニットは、前記赤外線カメラアレイによって取り込まれた前記３Ｄオブジェクトの画像の分析を利用して、前記３Ｄ印刷プロセスの完了を識別するように構成される、請求項２に記載の３Ｄ印刷システム。
【請求項５】
前記赤外線カメラは、立体画像を取り込むように構成される、請求項２に記載の３Ｄ印刷システム。
【請求項６】
前記取り込まれた画像の分析は、取り込まれた画像と前記３Ｄオブジェクトのモデルとの比較を含む、請求項２に記載の３Ｄ印刷システム。
【請求項７】
前記３Ｄオブジェクトのモデルは、部分的に完成した３Ｄオブジェクトのモデルである、請求項６に記載の３Ｄ印刷システム。
【請求項８】
前記取り込まれた画像の分析は、取り込まれた画像と前記３Ｄオブジェクトを印刷するための印刷命令とを比較することを含む、請求項６に記載の３Ｄ印刷システム。
【請求項９】
前記３Ｄ印刷プロセスにおけるエラーが識別された場合、前記３Ｄ印刷プロセスがやり直される、請求項１に記載の３Ｄ印刷システム。
【請求項１０】
前記３Ｄ印刷装置の動作パラメータは、前記取り込まれた画像の分析に応答して調整される、請求項２に記載の３Ｄ印刷システム。
【請求項１１】
３Ｄ印刷システムで使用するための３Ｄ印刷方法であって、
３Ｄプリンタを使用して３Ｄオブジェクトの一部を印刷するステップと、
３Ｄ印刷プロセスの間に３Ｄ印刷オブジェクトが付着される基板を提供するステップと、
前記３Ｄオブジェクトが基板に付着されていない場合に赤外光の全内部反射を前記基板に生じさせるように、前記基板を照明する赤外線光源を配置するステップと、
赤外線カメラを用いて前記３Ｄオブジェクトが印刷される面とは反対の前記基板の表面を観察して前記３Ｄオブジェクトが前記基板に正しく付着された場合に前記カメラが前記３Ｄオブジェクトの画像を取り込むことができるようにするステップと、
前記３Ｄオブジェクトが前記基板に正しく付着されているかどうかを検出するために、前記取り込まれた画像を分析するステップとを含む、３Ｄ印刷方法。
【請求項１２】
赤外線カメラアレイを使用して印刷される前記３Ｄオブジェクトの画像を取り込むステップと、
前記３Ｄオブジェクトの取り込まれた画像を分析して前記３Ｄオブジェクトの状態を検出するステップとを含む、請求項１０に記載の３Ｄ印刷方法。
【請求項１３】
前記取り込まれた画像の分析に応答して前記３Ｄプリンタの動作パラメータを調整するステップを含む、請求項１２に記載の３Ｄ印刷方法。
【請求項１４】
コンピュータによって実行されると、請求項１１から１３のいずれかに記載の方法を前記コンピュータに実行させるコンピュータソフトウェア。
【請求項１５】
請求項１４に記載のコンピュータソフトウェアを格納した機械読み取り可能な非一過性記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、３Ｄ印刷システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
３Ｄ印刷のための多数の技術があり、これらの技術は、モデルを作成するために層がどのように構築されるかによって典型的には区別されることが理解されよう。一つの技術は選択的レーザ焼結（ＳＬＳ）として知られており、粉末の層がレーザによって選択的に融合されて固体領域が生成され、次に新しいパウダー層を上に置き、このプロセスを繰り返すことでモデルを構築する。別の技術はステレオリソグラフィとして知られており、光反応性液体を１つ以上のレーザと共に使用して定められた点で液体を硬化させ、これにより、典型的にはこれもまた層状にモデルを構築する。これらの技術の両方は、本発明の実施の形態の範囲内で想定されているが、強力なレーザとモデルの周りの粉末または液体の形態の大量のマトリックス材料の両方が必要になるという欠点を有するため、家庭的利用に対しては実用性が低くなる。その結果、別の技術として熱溶解積層法（ＦＤＭ）がある。このアプローチは、モデルの連続する層の上を移動するプリンタヘッド内のプラスチックを溶融させ、用紙上のインクジェットプリンタによるインクの液滴の堆積と同様の方法で各層の選択位置にプラスチックの液滴を堆積させる。これは、レーザまたはモデルによって使用される原材料の周囲のマトリックス材料の必要性を回避する。それで理解のために、ＦＤＭ方式の３Ｄプリンタを添付図面の図１Ａおよび図１Ｂを参照して以下簡単に説明する。
【０００３】
図１Ａは単純なＦＤＭ方式３Ｄプリンタ１００の側面図を概略的に示し、図１Ｂは同じＦＤＭ方式３Ｄプリンタの平面図を概略的に示す。プリンタ１００は、印刷されたモデルの組立のための作業面を提供するベース構造１１０と、プリンタフレーム１２０を上げ下げ可能な支持ストラット１０２とを備える。３Ｄプリンタ１００の操作領域は、３Ｄモデルが印刷されるビルドチャンバを規定する。
【０００４】
例示的な機構では、モータ１１２Ｙは、ネジ山を含む駆動バー１０４に結合される。プリンタフレーム１２０は、ネジ穴と平滑穴とを有する連結部を備え、ネジ穴は駆動バーと係合し、平滑穴は支持ストラットの一つに係合する。プリンタドライバからの指示のもとで、モータ１１２Ｙが駆動バーを時計回りまたは反時計回りに回転させると、プリンタフレームが駆動バーおよび支持ストラットを上または下に（すなわちｙ軸に沿って）移動し、そのため、プリンタフレームに取り付けられたプリンタキャリッジ１３０を上昇または下降させる。
【０００５】
図１Ｂから分かるように、プリンタフレーム１２０は、典型的には４つの支持ストラット１０２に取り付けられる。任意であるが、第２のモータ、駆動バーおよび連結部は、フレームおよびモータの歪みを低減するために、フレームの対向する角部に設けられてもよい。
【０００６】
プリンタフレーム１２０は、プリンタキャリッジ１３０を支持する。モータ１１２Ｘは、固定デバイス／装置１２４によってプリンタキャリッジ１３０に固定された駆動バンド１２２に連結される。プリンタドライバからの指示のもとで、モータ１１２Ｘが駆動バンドを時計回りまたは反時計回りに回転させると、プリンタキャリッジ１３０はプリンタフレーム１２０に沿って右または左に（すなわちｘ軸に沿って）移動し、そのため、取り付けられたプリンタ機構１４０を横に移動させる。
【０００７】
プリンタキャリッジ１３０は、プリンタ機構１４０を支持する。モータ１１２Ｚは、固定デバイス／装置１３４によってプリンタ機構１４０に固定された駆動バンド１３２に連結される。プリンタドライバからの指示のもとで、モータ１１２Ｚが駆動バンドを時計回りまたは反時計回りに回転させると、プリンタ機構１４０は奥行き方向の前後に（すなわち、ｚ軸に沿って）動かされる。
【０００８】
プリンタ機構１４０自体は、当該機構に供給される一つ以上のプラスチック糸の端部（図示せず）を加熱するため、または当該機構上のホッパーから得られたプラスチック粉末の粒子（図示せず）を加熱するためのヒーターを備える。プラスチックの加熱または加熱されたプラスチックの放出は、プリンタドライバからの指示によって制御される。次いで、得られたビードすなわち溶融プラスチックの液滴は、プリンタヘッドまたはノズル１４２を介して、プリンタの作業面１１０または適用可能であれば部分的に構築されたモデル（図示せず）上に堆積される。
【０００９】
このようにして、プリンタドライバからの適切な指示の下で、モータ１１２Ｘ、Ｙ、Ｚを使用してプリンタヘッドを３Ｄプリンタの作業容積内のどこにでも配置することができ、プラスチックの液滴をその位置に堆積させることができ、その液滴は冷却、硬化して３Ｄモデルのボクセルを形成する。プリンタヘッドを連続的に移動させ、プラスチック液滴を選択的に溶融または放出することにより、完成した３Ｄモデルをそのような複数のボクセルから構築することができる。
【００１０】
典型的には、プリンタドライバ自体は、３Ｄモデルを記述するモデルジオメトリを受け取るコンピュータ支援の設計システム内のソフトウェアモジュールである。プリンタドライバは、ｙ方向の各レイヤに対して一つのボクセル厚さの３Ｄモデルの薄いスライスを生成し、そのレイヤ内の各ボクセルのｘ、ｚ座標を決定する。次に、プリンタドライバは、一連の命令をプリンタ１００に出力して、層ｙ内の各ボクセルのそれぞれのｘ、ｚ座標にプリンタヘッド１４２を移動させる。ここで、プリンタ機構は、プラスチックの液滴を加熱および／または放出してその位置にボクセルを形成するように指示される。このようにして、デジタル３Ｄモデルは、３Ｄプリンタによって物理モデルとして再構築される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
このようなシステムを使用して３Ｄモデルを製作する場合、多くの問題が発生する可能性がある。これらの問題は（生産されたモデルの量に関して）生産規模が増大するにつれて特に顕著になる。
【００１２】
遭遇する一つの問題は、持続的な監督の必要性である。３Ｄモデルを作成する際、製造プロセスがさらに進展する前に印刷プロセスにおける間違いを識別して、不良モデルを作成するのに浪費される時間と材料を減らすために、生産を観察できれば有益である。オペレータがモデルを観察し、印刷プロセスが完了する時点を判定し、完成されたモデルを除去し、製造プロセスを再び開始して新しいモデルを作成することができるようにすることもまた有益である。しかし、監督者にとっては持続的な監督が面倒であるばかりでなく、プリンタを監督するために人を雇用することになる大規模な製造業者にとっては費用がかかり、代替案があることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本開示は、請求項１によって定義される。
【００１４】
本開示のさらなる態様および特徴は、添付の特許請求の範囲において定義される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
本開示の実施形態を、添付の図面を参照して説明する。
【００１６】
【図１Ａ】簡単なＦＤＭプリンタを概略的に示す図である。
【図１Ｂ】簡単なＦＤＭプリンタを概略的に示す図である。
【図２】ＦＤＭプリンタの構成を概略的に示す図である。
【図３Ａ】基板内の全内部反射を概略的に示す図である。
【図３Ｂ】基板内の漏れ全内部反射を概略的に示す図である。
【図４】３Ｄ印刷プロセスを実行するための方法を概略的に示す図である。
【図５】３Ｄ印刷システムを概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図２は、オブジェクト２００を製造するために使用される図１Ａおよび図１Ｂのプリンタ１００のようなＦＤＭプリンタを含むＦＤＭプリンタ構成を概略的に示す。ＦＤＭプリンタ１００のいくつかの要素（すでに説明した要素を含む）は、明瞭化のためにこの図から省略されている。この構成では、作業面（本開示では基板とも呼ばれる）２３０は、赤外線（ＩＲ）光源２１０によって放射される赤外線光の少なくとも特定の周波数に対して透明または半透明なガラス（一例）からなる加熱される基板である。この光源は、典型的にはＬＥＤとして形成されるが、電球、レーザまたは他の適切な光源として実現されてもよい。この構成はまた、ＩＲ光に感応する複数のカメラ２２０ａ、２２０ｂおよび２２０ｃを備える。カメラ２２０ａおよび２２０ｂは、オブジェクト２００の実質的に遮られていない視界を取り込むことができるように配置され、カメラ２２０ｃは、オブジェクト２００を観察する視界の経路に基板２３０を有するように配置される。
【００１８】
カメラ２２０ａおよび２２０ｂは、加熱されたプラスチックが製造プロセスの一部としてオブジェクトに加えられると、ＩＲ放射が放出されるので、オブジェクト２００が製造されるときにオブジェクト２００を撮像することができる。実質的なエラーが生じていないことを確認するために、製造プロセス中のオブジェクト２００の画像を、製造プロセスを記述するモデルと比較してもよい。このような監視および比較の方法については、以下でより詳細に説明する。
【００１９】
図３Ａは、光線３００が基板を透過している基板２３０の一部を概略的に示しており、光線３００上の矢印は移動方向を示している。破線３２０は、基板―空気界面の法線を示し、法線は基板内に伸びている。光線３００は、図２のＩＲ光源２１０によって放射される。基板２３０が形成される材料の選択は（周辺材料、例えば基板２３０の周囲の空気の特性と関連して）、全内部反射が生じる臨界入射角を規定する。ここで入射角は、光線３００が基板２３０の境界（ここで基板２３０の境界が２つの媒体間の界面、例えば基板／空気界面を画定する）に当たる角度を指す。臨界角は、光線がもはや２つの媒体間の界面を通過して伝達されない入射角として定義され、スネルの法則を用いて次のように計算される。
ｎ１ｓｉｎθｉ＝ｎ２ｓｉｎθｔ
ここでｎ１は、光線が進行する媒体（ここでは、基板２３０）の屈折率であり、θｉは、２つの媒質間の界面への光線の入射角であり、ｎ２は、界面の他方の側（ここでは、基板２３０を取り囲む空気）の媒体の屈折率であり、θｔは、２つの媒質間の界面を離れる光線の角度（透過角）である。  全反射は、透過角度が９０°でその正弦（ｓｉｎ）が１のときに発生します。したがって、臨界角θｃは、以下のように定義される。
θｃ＝θｉ＝ｓｉｎ−１（ｎ２／ｎ１）
【００２０】
この方程式から明らかなように、２つの媒質の界面に対する臨界角は、２つの媒質の相対屈折率に依存して変化する。
【００２１】
上記の構成において、全内部反射は、光線３００が基板２３０から周囲の空気に透過することができないことを意味する。したがって、光線３００は効果的に「トラップ」され、結果としてカメラ２２０ｃによって検出されない。
【００２２】
図３Ｂは、オブジェクト２００の第１の（すなわち底部）層が基板に適切に付着された場合の対応する状況を概略的に示す。基板の第１の層が基板に正しく付着されると、基板／モデル界面が生成され、オブジェクト２００の位置に以前存在していた基板／空気界面を置き換える。これにより、臨界角及び反射角が上記の式に従って変化し、全内部反射が妨げられる。これが起こり得る一つの方法は、「漏れ全内部反射（ｆｒｕｓｔｒａｔｅｄ  ｔｏｔａｌ  ｉｎｔｅｒｎａｌ  ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）」と呼ばれ、オブジェクト２００が基板２３０に十分に近い（光線の波長のオーダーの距離）場合に、境界線を横切る光線３００のエネルギーの透過が生じる。これにより、光線３００（または光線３００のいくつかの成分）が、周囲の空気の屈折率とは異なる屈折率を有するオブジェクト２００と相互作用することが可能になる。これにより、光線３００は、オブジェクト２００が存在しない界面における角度とは異なる角度で反射される。オブジェクト２００は一般に周囲空気よりも高い屈折率を有するので、新しい反射角はより小さくなり、したがって全内部反射が基板２３０内で起こるための角度要求をもはや満足しなくなる。したがって、光線３００がもはや全内部反射が発生するための角度条件を満たさないので、光線３００がカメラ２２０ｃによって検出されることが可能になり、このようにして光線３００は、図３Ｂに概略的に示されるように、基板２３０から抜け出るようになる。
【００２３】
このような構成では、カメラ２００ｃは、オブジェクト２００が基板２３０に正しく付着された場合に光源２１０からの光のみを受光すると考えられる。これは、漏れ全内部反射が起こる可能性が高いからである。したがって、カメラ２２０ｃおよび光源２１０の使用によって、オブジェクト２００の基板２３０への付着（オブジェクト２００を印刷する際の一つの重要なステップ）が正しく実行されたことを確認する能力が現在の装置に提供されるとともに、基板２００上にオブジェクト２００を配置する能力が提供される。付着が正確に行われなかったこと、または印刷プロセス中にオブジェクト２００が取り外されたことの検出に応答して、印刷プロセスをやり直すか、または他の適切な処置を取ってもよい。オブジェクト２００が予測された位置において基板２３０に正しく付着されていないことの検出に応答して、例えば、印刷プロセスに補正を適用するか、または印刷処理をやりなおすために、実際の位置に関する情報をプリンタに提供してもよい。
【００２４】
図４は、印刷プロセス全体にわたって印刷されるモデルの画像を欠陥について検査する３Ｄ印刷プロセスの実行の方法を概略的に示す。
【００２５】
本方法は、印刷プロセスが開始されるステップ４００で始まる。このステップは、印刷されるべき３Ｄモデルを決定し、ビルドチャンバの温度および圧力のような３Ｄ印刷装置の動作パラメータを設定することを含むか、またはこれらのことが先に行われてもよい。ステップ４００は、３Ｄプリンタを使用して３Ｄオブジェクトの一部を印刷するステップを含んでもよい。
【００２６】
ステップ４１０において、印刷されるオブジェクトのＩＲ画像が、上述のようにＩＲカメラ２２０ａ、２２０ｂおよび２２０ｃのアレイによって取り込まれる。オブジェクトを印刷するために加熱されたプラスチックが使用される結果として、オブジェクト２００はＩＲ放射を放出する。オブジェクトの最新の印刷部分とオブジェクトの以前の印刷部分との間に温度差があるおかげで、新しく追加された材料が熱シグニチャによって撮影画像内で容易に識別され得るので、印刷の進行を追跡するのが容易になる。立体カメラまたはカメラの適切なアレイを使用することによって、印刷されるオブジェクトの位置を三次元で決定することができる。
【００２７】
ステップ４２０において、これらの撮影画像は、３Ｄオブジェクトの状態を検出し、例えば、印刷プロセスにおけるエラーの識別および／または印刷プロセスの完了の識別をするために分析される。この分析は任意の適切な形態をとることができ、例えば、印刷されるオブジェクトの形状を印刷されるデザインのモデルと比較することができる。比較のためのモデルは、印刷されるオブジェクトの完全なモデルであってもよく、それに代えて（またはそれに加えて）３Ｄ印刷プロセスの部分的完了の異なるレベルに対応する一つまたは複数の部分モデルが、印刷結果を比較できる一連のチェックポイントとして機能するように提供されてもよい。
【００２８】
これに代えてまたはこれに加えて、制御ソフトウェアが、３Ｄ印刷装置に提供する命令を印刷されるモデルの撮影画像と比較するリアルタイムプロセスを実行することができる。上述したように画像内の最新の印刷領域を識別することが可能であり、これらの領域に関する情報を３Ｄ印刷プロセスに対する印刷命令と比較して、印刷が所定の閾値基準を満たすほど十分に正確であるか否かを決定してもよい。
【００２９】
ステップ４２０で取り込まれた画像を分析した結果、許容できない印刷エラーがないと判定された場合、本方法はステップ４３０に進み、印刷プロセスは続行されるか、実行されるべき印刷がこれ以上ないなら終了する。印刷が続行される場合、方法はステップ４１０に戻り、印刷されるオブジェクトのさらなるＩＲ画像が取り込まれる。
【００３０】
許容できない印刷エラーの例には、３Ｄオブジェクトが印刷の現在の段階で予想される形状を有さないことや、３Ｄオブジェクトが印刷される基板に正しく付着していないことが含まれる。このようなエラーに対する３Ｄ印刷装置の許容は、３Ｄオブジェクト自体の意図した用途に応じて選択することができる。例えば、おもちゃは、科学実験に使用されることを意図した３Ｄオブジェクトに比べて、エラーに対する大きな許容または任意の他の適切なファクタを有するであろう。エラーの許容範囲は、エラーの場所に応じて変化することもある。表面的のみである３Ｄオブジェクトの上部の小さなエラーは、３Ｄオブジェクトの基部の同様のエラーよりも受け入れやすい。後者は、構造的な問題、すなわち層を正しく上に積むためには３Ｄオブジェクトのより低い部分が正しく印刷されなければならないという依存関係があることからさらなる間違いを引き起こす。
【００３１】
ステップ４２０で取り込まれた画像の分析の結果、許容できない印刷エラーがあると判定された場合、ステップ４４０で印刷プロセスをやり直すことができる。これは、部分的に印刷されたオブジェクトをプリンタから取り除き、ステップ４００から印刷プロセスを開始することを含む。あるいは、エラーが補正可能である場合、印刷プロセスに調整を施してから、ステップ４３０に進み、オブジェクトの印刷を続けることができる。
【００３２】
いずれの場合も、ステップ４４０において、３Ｄプリンタの任意の数の動作パラメータが、オブジェクトの印刷において検出されたエラーに応答して変化し得る。これらの変更は、現在の印刷プロセスを続行する前または新しい印刷プロセスを開始する前に実施することができる。３Ｄプリンタの動作パラメータの変動は、以下のリストのうちの一つ以上を含んでもよい。
・印刷プロセスに適用されるアクティブ冷却のレベルを、たとえばファン速度を変えることによって調整すること
・ビルドチャンバの大気条件、例えば温度または湿度を調整すること
・印刷されるオブジェクトに適用されるプラスチックの温度を調節すること
・印刷速度を調整すること
・層の高さ、線の太さ、強度または任意の他の印刷パラメータを調整すること
・基板温度を調整すること。これはまた、機能性を維持するために対応する光源強度の調整が必要となるかもしれない。
【００３３】
この動作パラメータのリストは網羅的なものではなく、３Ｄプリンタの動作パラメータの変動には他の適切な動作パラメータの調整が含まれてもよい。これに代えてまたはこれに加えて、３Ｄ印刷プロセスに関して他の適切な処置を講ずることに加えて、動作パラメータの独立した評価および／または調整を行うように操作者に警告を送ってもよい。
【００３４】
上記の調整のうちのどれを行うかの選択は、取り込まれた画像の分析の結果に基づいて決定してもよい。例えば、予想よりも大きい量のＩＲ放射がオブジェクトの基部から捕捉され、かつ／またはオブジェクトの底部の形状が崩れているなら、基板が熱すぎることが明らかであり、温度を下げるべきである。適切な調整は、このようにして検出された何らかの画像特徴に対応してもよく、検出された問題は、上に列挙した複数の調整のうちの一つ以上を実施することによって修正することができる場合もある。たとえば、印刷されたオブジェクトに適用されるアクティブ冷却のレベルを増加させることは、ビルドチャンバの温度を下げることに匹敵する効果をもちうる。
【００３５】
調整を適用することは、調整が連続的に実施される反復プロセスであってもよい。これは、例えば、必要な温度の正確な変化を直ちに計算できるのではなく、１℃の調整をいくつか行って適切な温度に収束するというように、適用すべき調整の規模を確立することである。あるいは、これは、３Ｄプリンタの動作パラメータの変化が複雑系の調整であるからであり、その結果、３Ｄ印刷プロセスに対する適切な補正を達成するために他の動作パラメータを変更する必要があるかもしれない。例えば、基板の温度を下げることは、３Ｄオブジェクトの基部の温度が高すぎるという問題を解決することができるが、これはビルドチャンバの冷却をもたらし、これによって印刷プロセスにおける他の問題を引き起こすことがある。したがってこのことを考慮に入れて他の動作パラメータを個別に調整する必要がある。
【００３６】
このような方法を実施することにより、印刷プロセスは大部分が自動化されるので、人間の介入は、それがあるとしてもまれにしか必要とされない。
【００３７】
図５は、３Ｄ印刷システムを概略的に示す。このシステムは、３Ｄプリンタ５００と、プロセッサ５１０と、カメラアレイ５２０とを備える。任意であるがＩＲ光源２１０も設けられる。
【００３８】
いくつかの実施の形態では、３Ｄプリンタ５００は、図１Ａおよび図１Ｂに示す３Ｄプリンタ１００と同じであってもよい。しかしながら、図１Ａおよび図１Ｂを参照して説明した構成にはない様々な特徴、たとえば図２を参照して説明した基板２３０などを有してもよい。３Ｄプリンタ５００は、３Ｄオブジェクトを印刷するように動作可能な３Ｄ印刷装置の一例である。
【００３９】
オプションのＩＲ光源２１０は、図２を参照して上述したように、３Ｄプリンタ５００と相互作用するように配置される。ＩＲ光源２１０が設けられる実施の形態では、３Ｄオブジェクトが基板２３０に付着されない場合に基板２３０に赤外光の全内部反射を生じさせるようにＩＲ光源２１０が３Ｄプリンタ５００の基板２３０を照明するように構成される。ＩＲ光源２１０が設けられる実施の形態では、カメラアレイ５２０の一つのカメラは、３Ｄオブジェクトが印刷される面とは反対の基板２３０の表面を観察するために配置される。
【００４０】
プロセッサ５１０は、赤外線カメラのアレイによって取り込まれた３Ｄオブジェクトの画像を分析して、印刷されるオブジェクトの状態を検出するように動作可能である。言い換えれば、プロセッサ５１０は、カメラアレイ５２０を制御し（かつカメラアレイ５２０からデータを受信し）、カメラアレイ５２０によって取り込まれた画像の分析を実行するように動作可能である。カメラアレイ５２０によって取り込まれた３Ｄオブジェクトの画像のこの分析は、プロセッサ５１０による３Ｄ印刷プロセスにおけるエラーの識別を含んでもよい。これに代えてまたはこれに加えて、カメラアレイ５２０によって取り込まれた３Ｄオブジェクトの画像の分析は、３Ｄ印刷プロセスの完了を識別するために使用される。プロセッサ５１０は次に、この分析の結果に応答して３Ｄプリンタに命令を与えてもよい。
【００４１】
プロセッサ５１０によって実行される分析は、図４を参照して上で説明されている。この分析は、撮影画像を３Ｄオブジェクトのモデルまたは３Ｄオブジェクトの一部のモデルと比較することを含んでもよい。これに代えてまたはこれに加えて、部分的に完成した３Ｄオブジェクトのモデルに関して比較を行ってもよい。いくつかの実施の形態では、撮影画像の分析は、撮影画像と３Ｄオブジェクトを印刷するための印刷命令とを比較することを含み、これは３Ｄオブジェクトのモデルとの比較の代わりに、またはそれと併せて実行してもよい。
【００４２】
カメラアレイ５２０は、図２の２２０ａ、２２０ｂおよび２２０ｃのような一つまたは複数のＩＲカメラを備える。カメラアレイ５２０は、３Ｄプリンタ５００によって印刷される３Ｄオブジェクトの画像を取り込むように動作可能であり、これらの画像を分析のためにプロセッサ５１０に提供する。カメラアレイ５２０内のカメラはそれぞれ、本開示の実施の形態において立体画像を取り込んでもよい。
【００４３】
上述の技術は、ハードウェア、ソフトウェア、またはこれらの組み合わせで実施されてもよい。ソフトウェアで制御されるデータ処理装置を用いて実施の形態の一つ以上の特徴を実現する場合、そのようなソフトウェア、およびそのようなソフトウェアが提供される非一過性の機械読み取り可能な格納媒体などの格納または伝送媒体もまた本開示の実施の形態とみなされる。
【図１Ａ】
2019509917.tif 000003
【図１Ｂ】
2019509917.tif 000004
【図２】
2019509917.tif 000005
【図３Ａ】
2019509917.tif 000006
【図３Ｂ】
2019509917.tif 000007
【図４】
2019509917.tif 000008
【図５】
2019509917.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成31年2月5日(2019.2.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３Ｄ印刷システムであって、
３Ｄオブジェクトを印刷するように動作可能な３Ｄ印刷装置と、
赤外線カメラによって取り込まれた画像を分析して、印刷されるオブジェクトの状態を検出するように動作可能な処理ユニットと、
３Ｄ印刷プロセスの間に３Ｄ印刷オブジェクトが付着される基板と、
前記３Ｄオブジェクトが前記基板に付着されていない場合に赤外光の全内部反射を前記基板に生じさせるように、前記基板を照明するように構成された赤外線光源とを備え、前記基板は、前記赤外線光源によって放射される赤外光の少なくとも特定の周波数に対して透明または半透明であり、
前記赤外線カメラは、前記３Ｄオブジェクトが印刷される面とは反対の前記基板の表面を観察して前記３Ｄオブジェクトが前記基板に正しく付着された場合に前記３Ｄオブジェクトの画像を取り込むことができるように構成されており、
前記処理ユニットは、前記３Ｄオブジェクトが前記基板に正しく付着されているかどうかを検出するために、前記取り込まれた画像を分析するように動作可能である、３Ｄ印刷システム。
【請求項２】
前記３Ｄ印刷装置によって印刷される前記３Ｄオブジェクトの画像を取り込むように動作可能な赤外線カメラアレイを含む、請求項１に記載の３Ｄ印刷システム。
【請求項３】
前記処理ユニットは、前記赤外線カメラアレイによって取り込まれた前記３Ｄオブジェクトの画像の分析を利用して、前記３Ｄ印刷プロセスにおけるエラーを識別するように構成される、請求項２に記載の３Ｄ印刷システム。
【請求項４】
前記処理ユニットは、前記赤外線カメラアレイによって取り込まれた前記３Ｄオブジェクトの画像の分析を利用して、前記３Ｄ印刷プロセスの完了を識別するように構成される、請求項２に記載の３Ｄ印刷システム。
【請求項５】
前記赤外線カメラは、立体画像を取り込むように構成される、請求項２に記載の３Ｄ印刷システム。
【請求項６】
前記取り込まれた画像の分析は、取り込まれた画像と前記３Ｄオブジェクトのモデルとの比較を含む、請求項２に記載の３Ｄ印刷システム。
【請求項７】
前記３Ｄオブジェクトのモデルは、部分的に完成した３Ｄオブジェクトのモデルである、請求項６に記載の３Ｄ印刷システム。
【請求項８】
前記取り込まれた画像の分析は、取り込まれた画像と前記３Ｄオブジェクトを印刷するための印刷命令とを比較することを含む、請求項６に記載の３Ｄ印刷システム。
【請求項９】
前記３Ｄ印刷プロセスにおけるエラーが識別された場合、前記３Ｄ印刷プロセスがやり直される、請求項１に記載の３Ｄ印刷システム。
【請求項１０】
前記３Ｄ印刷装置の動作パラメータは、前記取り込まれた画像の分析に応答して調整される、請求項２に記載の３Ｄ印刷システム。
【請求項１１】
３Ｄ印刷システムで使用するための３Ｄ印刷方法であって、
３Ｄプリンタを使用して３Ｄオブジェクトの一部を印刷するステップと、
３Ｄ印刷プロセスの間に３Ｄ印刷オブジェクトが付着される基板を提供するステップと、
前記３Ｄオブジェクトが基板に付着されていない場合に赤外光の全内部反射を前記基板に生じさせるように、前記基板を照明する赤外線光源を配置するステップであって、前記基板は、前記赤外線光源によって放射される赤外光の少なくとも特定の周波数に対して透明または半透明である、配置するステップと、
赤外線カメラを用いて前記３Ｄオブジェクトが印刷される面とは反対の前記基板の表面を観察して前記３Ｄオブジェクトが前記基板に正しく付着された場合に前記カメラが前記３Ｄオブジェクトの画像を取り込むことができるようにするステップと、
前記３Ｄオブジェクトが前記基板に正しく付着されているかどうかを検出するために、前記取り込まれた画像を分析するステップとを含む、３Ｄ印刷方法。
【請求項１２】
赤外線カメラアレイを使用して印刷される前記３Ｄオブジェクトの画像を取り込むステップと、
前記３Ｄオブジェクトの取り込まれた画像を分析して前記３Ｄオブジェクトの状態を検出するステップとを含む、請求項１０に記載の３Ｄ印刷方法。
【請求項１３】
前記取り込まれた画像の分析に応答して前記３Ｄプリンタの動作パラメータを調整するステップを含む、請求項１２に記載の３Ｄ印刷方法。
【請求項１４】
コンピュータによって実行されると、請求項１１から１３のいずれかに記載の方法を前記コンピュータに実行させるコンピュータソフトウェア。
【請求項１５】
請求項１４に記載のコンピュータソフトウェアを格納した機械読み取り可能な非一過性記憶媒体。
【国際調査報告】
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